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Rationnel et objectif - La fibrillation atriale (FA) est la pathologie rythmique supra-ventriculaire la plus fréquemment diagnostiquée. Le remodelage atrial, qu’il soit électrique ou structurel, conduit à la mise en place et au développement de la cardiomyopathie atriale. La cardiomyopathie atriale est responsable de différentes complications : d’une part mécaniques conduisant à l’augmentation du risque thrombo-embolique et de l’insuffisance cardiaque, d’autre part électriques conduisant à différentes arythmies atriales dont la FA. L’objectif du présent travail est de caractériser les déterminants du remodelage atrial et de leur effet pro-arythmique à l’étage supra-ventriculaire dans la FA. Principaux résultats – Le premier axe de recherche a permis d’objectiver le remodelage induit par le flutter atrial (FLA) chronique à l’aide d’un modèle chronique canin. Le FLA est à l’origine d’un remodelage atrial électrique avec une augmentation de la vulnérabilité à développer de la FA et une diminution des périodes réfractaires effectives (PRE). Cependant, le FLA n’induit pas de remodelage structurel avec notamment l’absence d’augmentation de la durée de FA, de diminution des vitesses de conduction et d’augmentation du processus fibrotique atrial. À noter que la FA chronique, en présence d’un substrat anatomique de FLA, présente des caractéristiques électrophysiologiques originales, en terme de durée de cycle et de d’arythmie et de sa stabilité. De plus, l’ablation du FLA permet de diminuer significativement la durée mais pas la vulnérabilité à présenter des arythmies supra-ventriculaires. Le second axe de recherche a permis de caractériser le rôle différentiel de l’arythmie atriale de la réponse ventriculaire rapide en cas de FA dans le développement du remodelage atrial. Nos travaux ont caractérisé le remodelage atrial induit par l’arythmie atriale isolée en cas de FA : d’une part électrique via la diminution des PRE et l’augmentation de la vulnérabilité ; d’autre part structurel via la diminution des vitesses de conduction et les anomalies des canaux sodiques, des jonctions communicantes et du processus fibrotique. La réponse ventriculaire rapide isolée induit également un remodelage atrial à type d’augmentation de la vulnérabilité, de diminution des vitesses de conduction, d’anomalies modérées du processus fibrotique et des canaux sodiques. À noter une dégradation modérée de la fonction systolique ventriculaire gauche. Cependant, ce remodelage atrial est significativement différent du remodelage induit par l’insuffisance cardiaque. De plus, il existe un effet synergique au niveau du remodelage atrial de l’arythmie atriale et de la fréquence ventriculaire élevée en cas de FA, au niveau du processus fibrotique notamment. Le troisième axe de recherche a permis d’objectiver le rôle de la cilnidipine, un inhibiteur calcique de type N et L, dans la limitation du remodelage atrial en cas de FA chronique, à l’aide d’un modèle aigü et chronique canin. Nos travaux ont caractérisé l’action anti-remodelante de la cilnidipine au niveau électrique, via la limitation de la diminution des PRE, de l’augmentation de la vulnérabilité atriale et de la durée de FA. D’autre part, la cilnidipine semble limiter le remodelage atrial, ce qui est objectivé par la normalisation des vitesses de conduction, de l’expression des canaux sodiques, des jonctions communicantes et de la fibrose tissulaire. La cilnidipine, contrairement aux inhibiteurs calciques de type L tels que la nifédipine, possède une activité anti-remodelante via la modulation de l’activité du système nerveux autonome. Conclusion – Différents facteurs, tels que le flutter atrial, les fréquences atriales et ventriculaires en cas de FA, ont été caractérisés comme déterminants du développement du remodelage atrial. A contrario, la modulation d’un des déterminants du remodelage atrial, le système nerveux autonome via la cilnidipine, permet de de limiter le remodelage atrial secondaire à la FA. Ce travail fournit de nouvelles données sur les mécanismes impliqués dans le remodelage atrial lié à la FA et introduit de nouvelles approches préventives au développement de la FA. / Rational and objective - Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia in clinical practice. Atrial remodeling, whether electrical or structural, leads to the development of atrial cardiomyopathy. The atrial cardiomyopathy results in various complications: on one hand, mechanical with an increased thromboembolic risk and heart failure, and on the other hand electrical prdeisposing to atrial arrhythmias including AF. The aim of the thesis was to characterize the determinants of atrial remodeling, and their proarrhythmic effect in AF. Main results - The first part of the thesis focused on the characterization of the atrial remodeling induced by sustained atrial flutter (AFL) in a chronic canine model in order to characterize the interrelationship between AF and AFL. AFL caused electrical remodeling, including increased AF vulnerability and decreased effective refractory periods (ERPs). However, failed to influence AF duration, atrial conduction velocities and fibrosis. Chronic AF in the presence of an anatomical substrate for AFL led to specific AF characteristics, in terms of cycle length and its variability. In addition, AFL ablation significantly reduced arrhythmia duration but not AF vulnerability. The second part of the thesis characterized the differential role of atrial arrhythmia and ventricular response in AF-induced atrial remodeling. We characterized the atrial remodeling induced by lone atrial arrhythmia in AF, with AV-block to prevent high ventricular rate: on the one hand electrical via decreased ERP, reduced expression of sodium channels and gap junctions, which increased AF vulnerability; on the other hand, structural fibrosis which contributed to conduction slowing. Lone high-rate ventricular response also induced atrial remodeling involving increased AF vulnerability, decreased atrial conduction velocities, moderate abnormalities of fibrosis and sodium channel downregulation. In addition, there was a synergistic effect on atrial remodeling of combined atrial arrhythmia and high ventricular rate, especially regarding fibrosis. Thus, atrial tachyarrhythmia and rapid ventricular response during AF produce distinct atrial remodeling; both can contribute to the arrhythmogenic substrate. These results provide new insights into the determinants of AF-related remodeling and provide novel considerations for ventricular rate-control. The third part of the thesis studies the ability of cilnidipine, an N- and L-type calcium channel blocker, to alter autonomic, electrical and structural remodeling associated with chronic AF, in a subacute and chronic dog model. We found that the cilnidipine inhibits the electrophysiological, autonomic and structural consequences of AF-related remodeling and the AF-associated increase in AF-vulnerability and AF-duration; in contrast, the highly selective L-type calcium channel blocker nifedipine had no protective effects. The protective effects of cilnidipine on the remodeling consequences of short-term AF were principally manifested by reductions in AF-induced ERP-abbreviation. With longer-term AF, cilnidipine also attenuated conduction-velocity reductions, protecting against AF-induced fibrosis and downregulation of sodium-channel and connexin subunits. Cilnidipine’s anti-remodeling properties were associated with suppression of the changes in autonomic tone caused by AF. Conclusion - Thus, we have shown 1) the distinct remodeling phenotypes produced by the closely related atrial re-entrant arrhythmias AFL and AF, as well as the interaction when they co-exist; 2) the specific contributions of the atrial rhythm and ventricular rate consequences of AF and how they interact; and 3) the ability of autonomic outflow inhibition by blocking N-type Ca2+-channels to prevent both electrical and structural components of AF-induced profibrillatory remodeling. This work provides new insights into the mechanisms involved in AF-related atrial remodeling and introduces novel preventive approaches.

Der Herzmuskel muss sich einer dynamischen und sich mechanisch verändernden Umgebung anpassen. Die Mechanosignaltransduktion ermöglicht es Zellen mechanischen Kräfte zu erfassen und durch nachgeschaltete biochemische Signalkaskaden darauf zu reagieren. Obwohl verschiedene Gewebestrukturen und Proteine damit in Verbindung gebracht wurden, wie das Herz die mechanischen Kräfte wahrnimmt, ist unser Verständnis der kardialen Mechanosignaltransduktion unvollständig. Durch Dehnung aktivierte Ionenkanäle spielen eine wichtige Rolle bei der mechanosensitiven Autoregulation des Herzens. Um die funktionelle Rolle von PIEZO1 in Kardiomyozyten zu untersuchen, habe ich daher PIEZO1 in induzierten pluripotenten Stammzellen mittels Genomeditierung deletiert. Die PIEZO1-/- Zellen wurden dann in lebensfähige, herzähnlich schlagende Kardiomyozyten differenziert. In phänotypische Analysen der elektrophysiologischer Eigenschaften, Zellmorphologie und der herzähnlichen Schlagaktivität habe ich den Effekt der PIEZO1-deletion in genomeditierten Kardiomyozyten untersucht. Die Deletion von PIEZO1 zeigte zum ersten Mal, dass es PIEZO1-abhängige dehnungsaktivierte und Kalzium-Ströme in vom Menschen stammenden differenzierten Kardiomyozyten gibt. Dies legt nahe, dass PIEZO1 eine Rolle in der Mechanosignaltransduction in Herzzellen spielt. Darüber hinaus zeigte eine RNA-Sequenz Analyse, dass der Verlust von PIEZO1 in vom Menschen stammenden differenzierten Kardiomyozyten mit der Herunterregulation von Proteinen korreliert, die für die extrazellulärer Matrix von Bedeutung sind. Diese Daten unterstreichen die Rolle von PIEZO1 in Kardiomyozyten und legen seine Bedeutung für die Organisation und Struktur der extrazellulären Matrix nahe. / The cardiac muscle has to adapt in a highly dynamic mechanical environment. Mechanotransduction is the process that allows cells to sense the mechanical forces and respond by downstream biochemical signaling cascades. Although different tissue structures and proteins have been implicated in how the heart senses the mechanical forces, yet our understanding in cardiac mechanotransduction is incomplete. Stretch-activated channels (SACs) have been suggested to play an important role in the mechanosensitive autoregulation of the heart. PIEZO1 is a stretch-activated channel and has been involved in vascularization, erythrocyte volume homeostasis and regulation of the baroreceptor reflex, yet its role in cardiac mechanotransduction has not been described. To study the functional role of PIEZO1 in cardiomyocytes I have generated a PIEZO1 knockout (KO) human induced pluripotent cell (hiPSC) line using genome editing technology. The genome edited cells were then differentiated into viable, beating cardiomyocytes. Different phenotypic analyses were conducted, including the evaluation of electrophysiological characteristics, observation of cell morphology and beating activity of the genome edited hiPSC-derived cardiomyocytes. With this approach the aim was to gain more insight into PIEZO1 function in cardiomyocytes using a reliable, efficient and reproducible human cellular model system. For the first time PIEZO1-dependent calcium transients and stretch-activated currents were observed in hiPSC-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs). This proposes a possible role of PIEZO1 as a cardiac mechanotransducer. Furthermore, RNA-seq analysis revealed that loss of PIEZO1 in hiPSC-CMs is associated with downregulation of the expression of extracellular matrix-associated proteins. These data highlight the role of PIEZO1 in cardiomyocytes and suggest its implication in extracellular matrix organization and structure.

El siguiente trabajo de investigación tiene como finalidad presentar un plan de negocios, en el cual se desarrolló una aplicación que conecta a freelancers con usuarios finales que requieran o deseen una remodelación en su hogar. Para ejecutar de una manera óptima la aplicación se llevó a cabo validaciones tanto a expertos como usuarios mediante la realización de entrevistas, en el caso de los expertos, estos nos proporcionaron información técnica y los usuarios, nos confirmaron que existía una necesidad no cubierta en el mercado actual peruano. Asimismo, se logró validar la aceptación de la aplicación a través de nuestros canales, siendo el más importante las redes sociales, ya que por ese medio se realizaron las primeras ventas del proyecto, por esta razón, en el siguiente estudio se está analizando la posibilidad de tener un retorno de inversión positivo a partir de la concertación de servicios mediante nuestra aplicación, y se espera que un mediano plazo se pueda añadir más categorías y tener un posicionamiento estable en el sector. / The purpose of the following research work is to present a business plan, in which an application was developed that connects freelancers with end users who require or want a home remodeling. To optimally execute the application, validations were carried out on both experts and users through interviews, in the case of the experts, they provided us with technical information and the users confirmed that there was a need not covered in the current Peruvian market. Likewise, it was possible to validate the acceptance of the application through our channels, the most important being social networks, since the first sales of the project were made through this means, for this reason, the possibility is being analyzed in the following study to have a positive return on investment from the agreement of services through our application, and it is expected that in the medium term more categories can be added and have a stable position in the sector. / Trabajo de investigación

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / As our population ages, treating bone and joint ailments is becoming increasingly important. Both osteoporosis, a bone disease characterized by a decreased density of mineral in bone, and osteoarthritis, a joint disease characterized by the degeneration of cartilage on the ends of bones, are major causes of decreased movement ability and increased pain. To combat these diseases, many treatments are offered, including drugs and exercise, and much biomedical research is being conducted. However, how can we get the most out of the research we perform and the treatment we do have? One approach is through computational analysis and mathematical modeling. In this thesis, quantitative methods of analysis are applied in different ways to two systems: osteoporosis and osteoarthritis. A mouse model simulating osteoporosis is treated with salubrinal and knee loading. The bone and cell data is used to formulate a system of differential equations to model the response of bone to each treatment. Using Particle Swarm Optimization, optimal treatment regimens are found, including a consideration of budgetary constraints. Additionally, an in vitro model of osteoarthritis in chondrocytes receives RNA silencing of Lrp5. Microarray analysis of gene expression is used to further elucidate the mode of regulation of ADAMTS5, an aggrecanase associated with cartilage degradation, by Lrp5, including the development of a mathematical model. The math model of osteoporosis reveals a quick response to salubrinal and a delayed but substantial response to knee loading. Consideration of cost effectiveness showed that as budgetary constraints increased, treatment did not start until later. The quantitative analysis of ADAMTS5 regulation suggested the involvement of IL1B and p38 MAPK. This research demonstrates the application of quantitative methods to further the usefulness of biomedical and biomolecular research into treatment and signaling pathways. Further work using these techniques can help uncover a bigger picture of osteoarthritis's mode of action and ideal treatment regimens for osteoporosis.

Durant l’hématopoïèse, les cellules souches hématopoïétiques peuvent soit s’autorenouveler soit se différencier dans les divers types de cellules matures constituant le système hématopoïétique. Un des modèles prédominants sur le développement du système hématopoïétique postule une différenciation par étape des différentes lignées le constituant. Ce modèle débute avec les cellules souches hématopoïétiques qui donnent naissance à des précurseurs multipotents qui peuvent à leur tour se différencier en précurseurs dédiées à la lignée lymphoïde ou myéloïde. Bien que la dernière décennie ait apporté de nombreuses connaissances sur les principales signalétiques transcriptionnelles impliquées dans le développement hématopoïétique, le détail des mécanismes moléculaires en jeu expliquant comment les cellules souches hématopoïétiques sont initialement amorcées puis complètement engagées vers une voie de différenciation reste toujours à élucider. Le travail de notre laboratoire indique que l’assemblage combinatoire du complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF est un élément clé parmi les mécanismes épigénétiques qui gouvernent le destin cellulaire et notamment la famille de sous-unités Smarcd qui comporte 3 membre alternatifs Smarcd1/2/3. Des analyses du transcriptome par séquençage haut débit ont montré que l’expression de la sous-unité Smarcd1 du complexe est élevée dans le compartiment des cellules souches, les précurseurs multipotents et les progénitures lymphoïdes tandis que la sous-unité Smarcd2 est principalement exprimée dans les précurseurs myéloïdes. En utilisant des modèles de délétion conditionnelle dans des modèles murins, nous avons démontré que Smarcd1 et Smarcd2 jouent des rôles critiques et lignés spécifiques durant l’hématopoïèse. Dans un premier temps, nous avons pu montrer que Smarcd1 collabore avec le facteur de transcription de la famille bHLH E2A pour spécifier le destin lymphoïde des précurseurs multipotents et qu’elle est donc absolument essentielle pour la lymphopoïèse. Notre travail sur les mécanismes moléculaires en jeu a pu montrer que Smarcd1 interagit directement avec E2A et est nécessaire pour l’accessibilité de la chromatine sur un ensemble de régions enrichies avec les modifications d’histones H3K27ac/H3K3me1 qui marquent des régions activatrices (« enhancer ») impliquées dans l’activation d’une signature lymphoïde dans les précurseurs multipotents. Le blocage de l’interaction entre Smarcd1 et E2A inhibe l’amorce de cette signature lymphoïde et bloque l’émergence de précurseurs destinés à la voie lymphocytaire. Concernant la fonction de Smarcd2, nous avons pu montrer que cette sous-unité est absolument nécessaire pour la granulopoïèse. Les souris ayant subi une délétion génétique de Smarcd2 deviennent très rapidement neutropéniques. Ce phénotype découle d'un blocage au stade de différenciation myélocyte/métamyélocyte, tandis que les autres lignées hématopoïétiques restent non affectées par la délétion. Nous avons pu identifier le facteur de transcription C/ebpƐ comme un partenaire essentiel de Smarcd2 qui interagit avec le complexe SWI/SNF sur les promoteurs de gènes de granules secondaires afin d’en activer la transcription. Les analyses du transcriptome que nous avons effectué lorsque l’interaction de Smarcd2 et C/ebpƐ est interrompue dans des précurseurs de granulocytes ont montré une diminution de l’expression des gènes de granules secondaires liée à une maturation incomplète des granulocytes menant au développement d’un syndrome de myélodysplasie au court du temps. / During hematopoiesis, hematopoietic stem cells (HSCs) either selfrenew or differentiate into all mature blood cell types through successive rounds of binary cell fate decisions. The prevailing model of hematopoiesis predicts a step-by-step model of lineage differentiation in which HSCs first give rise to multipotent progenitors that subsequently differentiate into myeloid and lymphoid restricted progenitors. Although key transcriptional pathways controlling hematopoietic development are beginning to be deciphered, detailed molecular mechanisms explaining how HSCs and progenitors are initially primed and then commit to the different hematopoietic cell lineages are lacking. Work from our laboratory indicates that combinatorial assembly of the mammalian SWI/SNF (mSWI/SNF) chromatin remodeling complex is a key epigenetic mechanism that governs cell fate decisions. Transcriptomics analyses revealed that expression of the Smarcd1 subunit is enriched in hematopoietic stem/progenitors and early lymphoid cells, while Smarcd2 is mainly expressed in myeloid progenitors. Using conditional knock-out mouse models, we demonstrated that Smarcd1 and Smarcd2 subunits perform critical and lineage-specific roles during hematopoiesis. First, we found that Smarcd1 collaborates with the bHLH transcription factor E2A to specify lymphoid cell fate during hematopoiesis and, therefore, is absolutely required for lymphopoiesis. Mechanistically, we showed that Smarcd1 physically interacts with E2A and is required for chromatin accessibility of a set of H3K27ac/H3K4me1-enriched enhancers that coordinate activation of the early lymphoid signature in hematopoietic stem cells. Impairing the interaction between Smarcd1 and E2A inhibits lymphoid lineage determination and the emergence of lymphoid-primed multipotent progenitors. Conversely, we showed that Smarcd2 is absolutely required for granulopoiesis. Smarcd2-deficient mice quickly become neutropenic due to a XIII block at the myelocyte/metamyelocyte stage of granulocyte maturation while other lineages remain unaffected. We discovered that Smarcd2 interacts with the transcription factor C/ebpε to recruit the mSWI/SNF complex on the promoter of secondary granule genes, thus inducing their transcriptional activation. As shown by transcriptomic analysis, impairing this interaction results in decreased expression of secondary granule genes, improper granulopoietic maturation, and development of a myelodysplastic-like syndrome over time. Altogether, this work identifies the Smarcd1 and Smarcd2 subunits of SWI/SNF complexes as master chromatin remodelers allowing the recruitment of lineage-specific transcription factors at key regulatory loci controlling lymphoid lineage priming and granulocyte development, respectively. More globally, these studies highlight that combinatorial assembly of alternative subunits of mSWI/SNF complexes is a key epigenetic mechanism controlling cell fate decisions during hematopoiesis.

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Urban Studies and Planning, 1980. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ROTCH. / Includes bibliographical references. / by Richard Alan Daynard. / Ph.D.

L’asthme bronchique est caractérisé par un remodelage et une inflammation des voies aériennes. La masse du muscle lisse ainsi que la déposition de matrice extracellulaire sont augmentées dans la paroi des bronches asthmatiques, ce qui contribue à l’obstruction respiratoire. Peu d’études ont évalué les effets des traitements utilisés dans l’asthme sur le remodelage bronchique, et surtout peu de données sont disponibles concernant les effets sur le muscle lisse. La combinaison de corticostéroïdes et de β2-agonistes à longue durée d’action administrée par inhalation permet de mieux contrôler les crises d’asthme par rapport à la monothérapie avec des médicaments corticostéroïdes. Cependant, l’action spécifique de la combinaison sur le remodelage et sur l’inflammation des bronches périphériques n’est pas décrite. Surtout, il reste à clarifier si l’administration de la combinaison est avantageuse par rapport à la monothérapie corticostéroïde. La plupart des études réalisées chez l’homme utilisent des tissus bronchiques obtenus par biopsie endobronchique, qui ne sont pas représentatifs du processus pathologique affectant les voies respiratoires périphériques. Leur inaccessibilité par des méthodes non invasives est la raison pour laquelle si peu de données existent sur la pathophysiologie des voies périphériques chez les patients asthmatiques. L’asthme équin, aussi connu comme « le souffle », est une pathologie obstructive des chevaux adultes considérée comme un modèle animal d’asthme humain. Elle est caractérisée par un remodelage des bronches périphériques et par une inflammation bronchoalvéolaire de type neutrophilique. En étudiant le modèle équin, cette thèse a évalué la contribution des médicaments corticostéroïdes et de β2-agonistes à longue durée d’action, administrée comme monothérapies ou en combinaison, sur la réversibilité du remodelage et de l’inflammation de voies aériennes dans l’asthme bronchique. A cette fin, nous avons d’abord optimisé et validé l’application de la biopsie endobronchique et de l’échographie endobronchique chez le cheval adulte. Nos résultats indiquent que les échantillons obtenus par biopsie endobronchique sont inadéquats pour l’évaluation quantitative de la masse du muscle lisse chez le cheval. Cependant, ils permettent d’étudier les changements quantitatifs des structures épithéliales et de la lamina propria, ainsi que les aspects qualitatifs du muscle lisse. L’échographie endobronchique, quant à elle, permet d'estimer la masse du muscle lisse bronchique, et ce, chez des chevaux sains et chez des chevaux asthmatiques. Cette thèse démontre aussi que qu’un traitement de 12 semaines avec des corticostéroïdes induit une diminution significative de la masse du muscle lisse périphérique, qui n’est pas amélioré davantage par l’administration concomitante d’un β2-agoniste à longue durée d’action. Cette diminution est toutefois incomplète. Un effet positif et synergique de la combinaison a également été observé au niveau de la déposition de matrice extracellulaire. La combinaison a produit une diminution significative de la quantité de matrices déposées dans la lamina propria et dans la couche du muscle lisse dans les bronches centrales, alors que l’effet été limité à la couche du muscle lisse dans les bronches périphériques. La combinaison n’améliore pas le contrôle de l’inflammation bronchique ni bronchiolaire par rapport aux monothérapies ; cependant, elle diminue la neutrophilie bronchoalvéolaire de façon synergique. / Airway remodeling and inflammation are the hallmarks of asthma. Both airway smooth muscle (ASM) mass and extracellular matrix (ECM) deposition are increased in the central and peripheral airways of asthmatic patients, which contribute to airway obstruction. Few studies have investigated the ability of current asthma medications to reverse airway remodeling, especially the increased ASM mass. Inhaled corticosteroids (ICS) and long-acting β2-agonist combinations (ICS/LABA) are more effective than ICS monotherapy to control asthma exacerbations. However, their efficacy at modifying bronchial inflammation and remodeling at the peripheral level of the lung is not well-described. In fact, most work has been performed using endobronchial biopsy samples obtained from asthmatic subjects, which completely disregard the alterations occurring in peripheral airways. Ethical considerations limit the possibility of biopsying the peripheral airways in humans due to the invasiveness of the procedure. Equine asthma, or heaves, is a naturally-occurring disease of adult horses and a recognized animal model of human asthma characterized by neutrophilic inflammation as well as ASM and ECM remodeling of peripheral airways. This thesis has assessed the contribution of ICS and LABA, alone or combined, to the reversal of remodeling and inflammation in central and peripheral airways using the equine asthma model. To attain this goal, we have first optimized and validated the application of endobronchial biopsy and endobronchial ultrasound (EBUS) in the equine species. EBUS reliably estimates the bronchial ASM. Subsequently, asthmatic horses with ongoing airway remodeling and inflammation were treated with ICS, LABA, ICS/LABA, or antigen avoidance. Lung function, airway remodeling and inflammation were then assessed weekly for 3 months. Our results demonstrated a 30% decrease of peripheral ASM remodeling attained with ICS and ICS/LABA pharmacological treatment. A decrease of a similar magnitude of peripheral ASM was previously reported after 6 and 12 months of ICS monotherapy and antigen avoidance, respectively. A synergistic effect of ICS/LABA was observed on ECM deposition and airway lumen neutrophils. ICS/LABA decreased the ECM fraction of the ASM layer both peripherally and centrally, while the same effect on the lamina propria was observed only in central airways. Both ICS/LABA and ICS monotherapy decreased submucosal inflammation in central airways, while only ICS/LABA and antigen avoidance decreased bronchoalveolar neutrophilia. In conclusion, our results suggest that the enhanced therapeutic effect of ICS/LABA over ICS monotherapy in asthmatic horses was associated with a reduction of ECM deposition, mainly observed within the large airways, and possibly also with a decreased airway neutrophilia. However, ICS/LABA did not provide additional benefit to ICS monotherapy in terms of peripheral ASM remodeling as both induce a 30% decrease of the ASM mass in 3 months.

L’asthme est une des maladies chroniques les plus prévalentes, affectant environ 300 millions d’individus dans le monde et causant plus de 400 000 décès annuellement. La condition se caractérise par une hyperréactivité bronchique, de l’inflammation pulmonaire et des changements structuraux (remodelage) des voies respiratoires. Bien que l’inflammation soit le plus souvent de type éosinophilique dans l’asthme, une proportion importante des patients affectés par la forme sévère de la maladie présente plutôt une infiltration des voies respiratoires par les neutrophiles. Cette inflammation neutrophilique a été associée à plusieurs issues cliniques négatives, notamment à une mauvaise réponse aux traitements, à une obstruction respiratoire permanente et à la mortalité. Malgré l’importance de ces conséquences cliniques pour les patients affectés, le rôle de l’inflammation neutrophilique dans la pathophysiologie de l’asthme, dont ses effets sur le remodelage bronchique, demeure peu exploré. Dans toutes les formes d’asthme, les traitements usuels de la maladie (glucocorticoïdes et bronchodilatateurs) ne permettent pas de renverser entièrement les lésions de remodelage bronchique, dont l’augmentation de la masse du muscle lisse, et ne contrôlent pas adéquatement la neutrophilie pulmonaire. L’augmentation de la masse musculaire lisse bronchique représente pourtant une cible thérapeutique importante vu son implication dans le rétrécissement de la lumière bronchique et le bronchospasme. Les objectifs de cette thèse ont donc été d’étudier les mécanismes potentiellement impliqués dans l’association entre l’inflammation neutrophilique et la sévérité de la maladie, et d’investiguer les effets de thérapies anti-neutrophiliques sur le remodelage bronchique dans le modèle de l’asthme équin sévère. Similairement à la condition humaine, l’asthme équin sévère est caractérisé par une obstruction respiratoire fluctuante, de l’inflammation pulmonaire et un remodelage bronchique, notamment une augmentation de la masse du muscle lisse. Cette maladie se prête particulièrement bien à l’étude du phénotype neutrophilique puisque c’est cette cellule granulocytaire qui infiltre le milieu pulmonaire lors des exacerbations cliniques. Les études réalisées dans ce projet doctoral ont permis de déterminer que l’azithromycine, un macrolide possédant des propriétés immunomodulatrices, réduit l’inflammation neutrophilique dans le modèle de l’asthme équin. Toutefois, ce traitement n’a pas diminué l’obstruction bronchique ni les lésions de remodelage lorsqu’utilisé en monothérapie, et n’a pas potentialisé les effets des corticostéroïdes inhalés. Ces résultats suggèrent que l’atténuation de l’inflammation pulmonaire ne suffit pas à rétablir l’homéostasie tissulaire dans la phase chronique de la maladie. Toutefois, l’hétérogénéité phénotypique des neutrophiles pourrait rendre leur simple quantification dans les sécrétions respiratoires insuffisante pour élucider leurs répercussions dans l’asthme. Par exemple, les neutrophiles pourraient contribuer au remodelage bronchique par la relâche de vésicules extracellulaires, des nanoparticules qui peuvent modifier la biologie des cellules locales et distantes. Ainsi, les caractéristiques des vésicules neutrophiliques et leur effet prolifératif sur le muscle lisse bronchique ont été examinés. Les résultats obtenus indiquent que les vésicules produites par les neutrophiles augmentent la prolifération du muscle lisse bronchique lorsqu’elles proviennent de cellules exposées au lipopolysaccharide, un fragment bactérien omniprésent dans l’environnement et incriminé dans l’infiltration neutrophilique et le développement de l’obstruction bronchique dans l’asthme humain et équin. / Asthma is one of the most prevalent chronic diseases, affecting approximately 300 million people worldwide and causing over 400,000 deaths annually. The condition is characterized by the combination of bronchial hyperreactivity, lung inflammation, and structural changes in the airways (remodeling). Although an eosinophilic inflammation is common in asthma, a significant proportion of patients affected by the severe form of the disease have a neutrophilic airway infiltration. The neutrophilic phenotype has been associated with several negative outcomes in human asthma, including poor response to therapy, permanent airway obstruction and mortality. Despite these associations, the role of neutrophils in asthma, including its effects on airway remodeling, remains insufficiently explored. Unfortunately, standard asthma therapies (glucocorticoids and bronchodilators) do not adequately control neutrophilic inflammation and reverse only partially, if at all, bronchial remodeling lesions, including the increased airway smooth muscle mass. This structural modification is however an important therapeutic target because of its involvement in bronchial lumen narrowing and bronchospasm. The main objectives of this thesis were therefore to study mechanisms potentially involved in the association between neutrophilic inflammation and asthma severity, and to investigate the effects of anti-neutrophilic therapies on bronchial remodeling reversibility in the severe equine asthma model. Similar to the human disease, severe equine asthma is characterized by fluctuating airflow obstruction, pulmonary inflammation, and remodeling lesions, including a large increase in airway smooth muscle mass. Clinical exacerbations are characterized by a marked pulmonary neutrophilic influx, making this disease particularly suitable to study the neutrophilic phenotype. Studies conducted during this doctoral program revealed that azithromycin, a macrolide with immunomodulatory properties, reduces neutrophilic inflammation in the equine asthma model, but fails to alleviate bronchial obstruction and remodeling lesions, suggesting that the control of neutrophilic inflammation is not sufficient to restore tissue homeostasis when the disease reaches its chronic phase. However, the simple quantification of neutrophils within respiratory secretions might not elucidate comprehensively the possible functional consequences of this cell in the pathophysiology of asthma. For instance, neutrophils could lead and sustain bronchial structural lesions through the release of extracellular vesicles. Those nanoparticles can modify the biology of local and distant cells and are involved in the pathophysiology of several inflammatory diseases. Thus, the characteristics and the effect of neutrophil extracellular vesicles on airway smooth muscle proliferation were studied in horses with severe asthma. The results obtained indicate that extracellular vesicles increase bronchial smooth muscle cell proliferation when they are produced by neutrophils exposed to lipopolysaccharide, a ubiquitous environmental contaminant incriminated in the development of neutrophilic infiltration and bronchial obstruction in human and equine asthma.